小朋友能一手合握，你見過如此迷你輕便的氫燃料電池嗎?這是北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授李星國(guó)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的便攜式氫燃料電池，這款電池使用25克的氫燃料棒，實(shí)際發(fā)電量可達(dá)25Wh，而一臺(tái)常用的手機(jī)電池電量為15Wh。

“便攜式氫燃料電池可以為手提電腦、相機(jī)甚至戶外作業(yè)耗電機(jī)器持續(xù)提供電能，供電時(shí)間成倍高于各類蓄電池，也不會(huì)像普通的蓄電池一樣耗時(shí)充電，不僅具有廣泛的民用市場(chǎng)，還大有軍用裝備領(lǐng)域的發(fā)展空間。”該實(shí)驗(yàn)室副教授鄭捷在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示，他所在的團(tuán)隊(duì)?wèi){借著該技術(shù)走上了“參軍”的道路。

便攜式氫燃料電池成“潛力股”

“效率高、無噪聲、環(huán)境友好是氫燃料電池的三大優(yōu)勢(shì)。業(yè)界也都認(rèn)為氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)是一個(gè)長(zhǎng)期的朝陽產(chǎn)業(yè)。”鄭捷表示，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，不需要經(jīng)過熱能和機(jī)械能(發(fā)電機(jī))的中間變換，這是氫燃料電池高效的秘訣;運(yùn)行安靜，噪聲大約只有55分貝，相當(dāng)于人們正常會(huì)話的水平;氫燃料電池的基本原理是電解水的逆反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物只有水，污染近乎為零。與普通的氫燃料電池相比，研發(fā)難度更大、集成度更高的便攜式氫燃料電池在人們戶外休閑、作業(yè)和軍隊(duì)執(zhí)行野外任務(wù)過程中都能夠扮演重要的角色。

“便攜式氫燃料電池憑借諸多優(yōu)勢(shì)具有廣泛的應(yīng)用前景，但必須以氫氣為燃料，而我們團(tuán)隊(duì)最擅長(zhǎng)的領(lǐng)域正是儲(chǔ)氫材料，其中MgH2是最具有應(yīng)用前景的。”鄭捷告訴記者，MgH2的作用是將氫以原子態(tài)形式存儲(chǔ)在材料內(nèi)部的空隙中，需要時(shí)通過與水的反應(yīng)將氫釋放出來，而以發(fā)電為核心的氫燃料電池則是消耗氫，二者是密切相關(guān)卻又完全不同的系統(tǒng)。

在民用市場(chǎng)“開疆拓土”

究竟是什么促使了李星國(guó)團(tuán)隊(duì)的“跨界”呢?

“2015年1月，我們?cè)谝淮闻既粰C(jī)會(huì)中參加了與燃料電池相關(guān)的研討會(huì)。與會(huì)的還有一些軍方專家，在交談的過程中了解到各個(gè)兵種對(duì)燃料電池都很感興趣。”鄭捷回憶，既然團(tuán)隊(duì)有儲(chǔ)氫技術(shù)的基礎(chǔ)，為何不向前跨越一步?當(dāng)然，一次的交流遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在隨后的3年時(shí)間里，李星國(guó)團(tuán)隊(duì)逐漸與軍方相關(guān)單位開始了密切交流和戰(zhàn)略合作。

李星國(guó)團(tuán)隊(duì)通過對(duì)納米MgH2的活化，使其與水迅速反應(yīng)，達(dá)到了均勻且快速釋放氫的目的，這種即產(chǎn)即用的方式使氫氣壓力大大降低，提高了安全性，從而降低了對(duì)儲(chǔ)氫罐外殼的要求，即足夠安全的反應(yīng)控制可以利用輕便的材料代替原本的金屬外殼。如此一來，成本自然會(huì)大幅降低，對(duì)于士兵而言，負(fù)重也得到了有效緩解，這也是與軍方合作的契機(jī)。

在基礎(chǔ)研究功底的助推下，李星國(guó)團(tuán)隊(duì)很快做出了樣品——一個(gè)邊長(zhǎng)15厘米左右的立方體。其實(shí)這種便攜式氫燃料電池的形狀并不固定，為了在某些狹小、固定空間的軍用裝備上使用，儲(chǔ)氫、發(fā)電以及電控單元被“貼心”地設(shè)計(jì)成了3個(gè)模塊，可以根據(jù)服役空間進(jìn)行組合和拼裝。

“家里有糧，心里不慌。”鄭捷將團(tuán)隊(duì)的技術(shù)和產(chǎn)品形象地稱為“家里的糧”。前不久鄭捷不僅帶著“家里糧”參加了第三屆中國(guó)軍民兩用技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用大賽，還多次為中學(xué)生進(jìn)行科普活動(dòng)，未來還有可能在民用市場(chǎng)上“開疆拓土”。

需求對(duì)接決定了“參軍”之路是否順暢

雖然現(xiàn)階段還算順利，但鄭捷坦言，前些年也走了許多彎路。“最主要的原因在于當(dāng)時(shí)對(duì)軍方的具體需求不甚了解。”鄭捷舉例，出于成本的考慮，傳統(tǒng)的儲(chǔ)氫材料通常是設(shè)計(jì)成可重復(fù)使用的，即儲(chǔ)氫材料中的氫使用完畢后可再次充入新的氫，繼續(xù)使用。但在軍方看來，戰(zhàn)士執(zhí)行野外任務(wù)時(shí)基本沒有重復(fù)加氫的條件。“只有在了解到這個(gè)需求并設(shè)計(jì)了一次性的輕便氫燃料棒，我們才算擁有了‘參軍’的敲門磚。”鄭捷表示。

“需求對(duì)接決定了大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)以及有研發(fā)能力的企業(yè)是否能走上‘參軍’之路，解決問題的能力卻決定著一個(gè)團(tuán)隊(duì)在這條路上能夠走多遠(yuǎn)。”在鄭捷看來，一些團(tuán)隊(duì)在軍民融合的大浪淘沙中保留下來，自然也有很多團(tuán)隊(duì)在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中鎩羽而歸，再觀這些一如既往“堅(jiān)挺”著的團(tuán)隊(duì)，無一不具備解決科學(xué)問題和實(shí)際問題的能力。其實(shí)不止于軍民融合項(xiàng)目，也不論地域、時(shí)期、獨(dú)研亦或是合作，強(qiáng)硬的專業(yè)素質(zhì)和高超的科研水平始終都是一個(gè)研發(fā)隊(duì)伍的“鐵飯碗”。